Sumário. Química e indústria. O amoníaco

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1 Sumário UNIDADE TEMÁTICA 1 Química e Indústria Equilíbrios e desequilíbrios O amoníaco como matéria-prima - O que é o amoníaco e onde se utiliza. - A reação de síntese e reação de decomposição do amoníaco. - Aplicações do amoníaco. - Aspetos quantitativos das reações químicas. Acerto de equações químicas. Exercícios de aplicação do livro adotado, pág. 16. O amoníaco A substância amoníaco (também chamada hidreto de azoto), de fórmula química NH 3, é gasosa à temperatura ambiente e à pressão normal. O amoníaco tem as seguintes características: à temperatura ambiente e pressão normal é um gás tóxico, incolor e inflamável, com cheiro característico picante e intenso; à pressão normal o seu ponto de fusão é de 78 C e o seu ponto de ebulição é de 33 C; é altamente solúvel em água: 1 litro de água líquida dissolve 727 litros de amoníaco gasoso. 1

2 A indústria do amoníaco A nível mundial o amoníaco é um dos produtos químicos mais importantes na indústria. A indústria do amoníaco emprega em todo mundo milhões de pessoas. É uma indústria que exige técnicos altamente qualificados. O amoníaco existe na composição do corpo humano e no ambiente. É essencial em muitos processos biológicos. No ambiente, faz parte do ciclo do azoto. O amoníaco como matéria-prima Como matéria prima é utilizado em: fertilizantes agrícolas (nitrato de amónio, sulfato de amónio, ureia, etc.) fibras e plásticos produtos de limpeza explosivos tratamento de águas fluido refrigerante nas primeiras instalações de frio; foi substituído pelos CFC s e está a ser novamente usado. aparece na atmosfera de alguns planetas gigantes gasosos como Júpiter e Saturno. 2

3 Síntese do amoníaco O amoníaco gasoso foi isolado, pela primeira vez, por Joseph Priestley, em Contudo, o primeiro cientista a realizar a sua síntese foi Fritz Haber, em 1905, a partir do azoto atmosférico e do hidrogénio. A síntese do amoníaco a nível industrial foi inicialmente motivada pelos estudos realizados para o desenvolvimento de armas químicas, na Alemanha, durante a Primeira Guerra Mundial ( ). Fritz Haber Síntese do amoníaco Foi Carl Bosch, químico industrial alemão, que adaptou o processo de síntese do amoníaco desenvolvido por Haber à produção em larga escala, introduzindo duas inovações neste processo: os catalisadores e a alta pressão. Os estudos da produção de amoníaco realizados por estes dois cientistas garantiram-lhes uma das maiores homenagens no campo da ciência ambos ganharam o Prémio Nobel da Química, Haber em 1918 e Bosch em Carl Bosch 3

4 Síntese industrial do amoníaco Haber estudou as temperaturas e as pressões ideais necessárias para combinar os dois gases: 450 ºC e pressão não superior a 250 atm. Como esta produção era muito lenta, introduziu a utilização de um catalisador: O catalisador usado era uma mistura de ferro e de pequenas quantidades de óxido de potássio e de alumínio, que aceleravam a reação de forma notável. Fritz Haber ( ) Síntese industrial do amoníaco Vejamos em que consiste o processo de Haber Bosch ou processo de Haber, utilizado na síntese do amoníaco, a nível industrial. Este processo subsiste desde que foi inventado, com poucas alterações. 4

5 O processo Haber-Bosch Como se produz o hidrogénio - H 2 O hidrogénio molecular (H 2 ) é um gás incolor, inodoro, insípido e altamente inflamável. Apesar de abundante no Universo é difícil de produzir, devido à dificuldade da sua armazenagem. 5

6 Como se produz o azoto - N 2 O azoto molecular (N 2 ) é um gás incolor, inodoro, insípido e é praticamente inerte nas condições padrão. Reação de síntese do amoníaco 6

7 Aplicações do amoníaco Na indústria química: - Na síntese da ureia e da hidrazina (agente redutor, antioxidante também na indústria petrolífera, combustível de foguetes), em fertilizantes, na produção de ácido nítrico (o qual entra no fabrico de explosivos, produtos de limpeza e detergentes, etc. Na indústria farmacêutica: - No fabrico de certos medicamentos com sulfonamida (agente antibacteriano), as vitaminas e os cosméticos. Nas indústrias do frio, do papel e na indústria alimentar: - Em fluidos refrigerantes; na eliminação do cálcio (agente amaciador da pasta de madeira e como dispersante da caseína no espalhamento do papel); em fontes de azoto necessárias às leveduras e aos microrganismos. Na indústria dos plásticos: - Na produção de compostos fenólicos e de poliuretano. Aplicações do amoníaco Na indústria metalúrgica: - Em atmosferas de tratamento térmico. Na indústria têxtil: - Como dissolvente (agente esfoliante do algodão) e como matéria-prima no fabrico do nylon e rayon (seda artificial). Indústria petroquímica: - Na neutralização do petróleo bruto, na síntese de catalisadores e como protetor anticorrosivo do equipamento. Indústria extrativa: - Como extrator de materiais como o cobre, o níquel e o molibdénio, a partir dos seus minérios. Indústria eletrónica: - Em tratamentos superficiais. 7

8 Reações químicas Aspetos quantitativos das reações químicas Numa equação química evidenciam-se dois aspetos: qualitativo (referente à qualidade, ao tipo): identifica os reagentes e os produtos que fazem parte da mistura reacional; quantitativo (referente à quantidade): indica a proporção em que os reagentes e os produtos reagem e se formam, respetivamente. 8

9 Aspetos quantitativos das reações químicas Na escrita de uma equação química é necessário não esquecer: Cada substância que entra na reação tem uma fórmula que não pode ser alterada (Lei das proporções definidas). As substâncias que entram na reação (reagentes e produtos) são identificadas por fórmulas químicas intercaladas pelo sinal (+) e uma seta ( ) ou duas ( ) que separa(m) o(s) reagente(s) (à esquerda) do(s) produto(s) (à direita). Uma equação química deve estar acertada em relação a cada espécie de átomo presente: colocam-se coeficientes (designados coeficientes estequiométricos) antes das fórmulas químicas, de forma a assegurar o mesmo número de átomos de cada espécie, tanto nos reagentes como nos produtos (Lei da Conservação da Massa ou Lei de Lavoisier). Se um reagente ou um produto for sólido, deve colocar-se o símbolo (s) ou (c) a seguir à respetiva fórmula química, se for gás (g), se for líquido (l) e se estiver em solução aquosa (aq). Lei das proporções definidas ou lei de Proust Joseph Louis Proust ( ) Uma determinada substância pura contêm sempre os mesmos elementos combinados na mesma proporção em massa, independente da sua origem. 9

10 Lei de Lavoisier Antoine Lavoisier ( ) Como se acerta uma equação química? 10

11 Exercício 1 Exercício 2 11

12 TPC 1. Fazer exercícios do livro, página 16 e